Capacité et inductance dans les circuits électriques

En termes de circuits électriques, la capacité et l'inductance sont très importantes, tout aussi importantes que la résistance. Mais si nous parlons de résistance active, nous entendons simplement la conversion irréversible de l'énergie électrique en chaleur, alors l'inductance et la capacité sont liées aux processus d'accumulation et de conversion de l'énergie électrique, elles ouvrent donc de nombreuses opportunités pratiques utiles pour l'électrotechnique.

Lorsque le courant circule dans le circuit, les particules chargées se déplacent d'un endroit à potentiel électrique plus élevé vers un endroit à potentiel plus faible.

Disons que le courant traverse une résistance active, comme le filament de tungstène d'une lampe. Comme les particules chargées se déplacent directement à travers le tungstène, l'énergie de ce courant est continuellement dissipée en raison des fréquentes collisions des porteurs de courant avec les nœuds du réseau cristallin du métal.

Une analogie peut être faite ici.Le rocher se trouvait au sommet d'une montagne boisée (à un point de potentiel élevé), mais il a ensuite été poussé du haut et roulé dans la plaine (à un niveau de potentiel inférieur) à travers la forêt, à travers des buissons (résistance), etc.

En entrant en collision avec des plantes, une pierre perd systématiquement son énergie, la transfère aux buissons et aux arbres au moment de la collision avec eux (de la même manière, la chaleur est dissipée avec une résistance active), donc sa vitesse (valeur actuelle) est limitée, et là n'a tout simplement pas le temps d'accélérer correctement.

Dans notre analogie, la pierre est un courant électrique, déplaçant des particules chargées, et les plantes sur son chemin sont la résistance active d'un conducteur ; différence de hauteur - la différence de potentiels électriques.

Capacité

La capacité, contrairement à la résistance active, caractérise la capacité du circuit à accumuler de l'énergie électrique sous la forme d'un champ électrique statique.

Un courant continu ne peut pas continuer à circuler comme auparavant à travers un circuit avec une capacité jusqu'à ce que cette capacité soit complètement remplie. Ce n'est que lorsque la capacité est pleine que les porteurs de charge pourront continuer à se déplacer à leur vitesse précédente déterminée par la différence de potentiel et la résistance active du circuit.

Une analogie hydraulique visuelle est meilleure pour comprendre ici. Le robinet d'eau est connecté à l'alimentation en eau (source d'alimentation), le robinet est ouvert et l'eau s'écoule avec une certaine pression et tombe sur le sol. Ici, il n'y a pas de capacité supplémentaire, le débit d'eau (valeur actuelle) est constant et il n'y a aucune raison de ralentir l'eau, c'est-à-dire de réduire la vitesse de son écoulement.

Mais que se passe-t-il si vous placez un large baril juste sous le robinet (dans notre analogie, ajoutez un condensateur, un condensateur au circuit), sa largeur est beaucoup plus grande que le diamètre du jet d'eau.

Maintenant, le baril est rempli (le récipient est chargé, la charge s'accumule sur les plaques du condensateur, le champ électrique est renforcé entre les plaques), mais l'eau ne tombe pas dans le sol. Lorsque le baril est rempli à ras bord d'eau (le condensateur est chargé), alors seulement l'eau commencera à s'écouler au même débit à travers les extrémités du baril jusqu'au sol. C'est le rôle d'un condensateur ou condenseur.

Le baril peut être renversé si vous le souhaitez, créant brièvement une pression plusieurs fois supérieure à celle du robinet seul (vidangez rapidement le condenseur), mais la quantité d'eau prélevée du robinet n'augmentera pas.

En soulevant puis en inversant le fût (charger et décharger rapidement le condensateur pendant longtemps), on peut changer le mode de consommation d'eau (charge électrique, énergie électrique). Étant donné que le baril se remplit lentement d'eau et que son bord sera atteint après un certain temps, on dit que lorsque le récipient est rempli, le courant est en avance sur la tension (dans notre analogie, la tension est la hauteur à laquelle le bord du robinet le bec est situé).

Inductance

L'inductance, contrairement à la capacité, stocke l'énergie électrique non pas sous forme statique mais sous forme cinétique.

Lorsque le courant traverse la bobine de l'inductance, la charge qu'elle contient ne s'accumule pas comme dans le condensateur, elle continue de se déplacer le long du circuit, mais autour de la bobine, le champ magnétique associé au courant est renforcé, dont l'induction est proportionnelle à l'intensité du courant.

Lorsqu'une tension électrique est appliquée à la bobine, le courant dans la bobine s'accumule lentement, le champ magnétique stocke l'énergie non pas immédiatement, mais progressivement, et ce processus empêche l'accélération des porteurs de charge. Par conséquent, en inductance, on dit que le courant est en retard sur la tension. Finalement, cependant, le courant atteint une valeur telle qu'il n'est limité que par la résistance active du circuit dans lequel cette bobine est connectée.

Si une bobine CC est soudainement déconnectée du circuit à un moment donné, le courant ne pourra pas s'arrêter immédiatement, mais commencera à ralentir rapidement et une différence de potentiel apparaîtra aux bornes de la bobine, plus vite il arrête le courant, c'est-à-dire que le champ magnétique de ce courant disparaît plus rapidement...

Une analogie hydraulique est appropriée ici. Imaginez un robinet d'eau avec une boule de caoutchouc très élastique et souple sur le bec.

Au bas du ballon se trouve un tube qui limite la pression de l'eau du ballon au sol. Si le robinet d'eau est ouvert, la balle se gonflera assez fortement et l'eau se précipitera à travers le tube en un mince filet, mais à grande vitesse, elle s'écrasera sur le sol avec des éclaboussures.

La consommation d'eau est inchangée. Le courant traverse une grande inductance, tandis que la réserve d'énergie dans le champ magnétique est importante (le ballon est gonflé d'eau). Lorsque l'eau commence à peine à couler du robinet, la boule se gonfle, de même, l'inductance stocke de l'énergie dans le champ magnétique lorsque le courant commence à augmenter.

Si nous fermons maintenant la boule du robinet, l'allumons du côté où elle était connectée au robinet et la retournons, l'eau du tuyau peut atteindre une hauteur beaucoup plus élevée que la hauteur du robinet, car l'eau du ballon gonflé est sous pression.Les inducteurs sont utilisés de la même manière dans les convertisseurs d'impulsions boost.